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高碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究.doc

高碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究

Emma巧
2017-11-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《高碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究doc》,可适用于综合领域

高碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究高碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究第卷第期年月中南民族大学(自然科学版)JournalofSouthCentralUniversityforNationalities(NatSciEdition)VoNoJun】口同碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究韦世良,曾令宏,曾宪彪,何翔,陈首部柳州中南民族大学等(广西柳州师范高等专科学校物理与信息科学系,离子体研究所,武汉)摘要利用自行研制的直流脉冲离子渗氮设备对高碳低合金钢GCr在温度为O,进行了真空离子渗氮处理,h,采用显微硬度计,XRD,SEM,耐腐蚀性检测仪等表征手段研究了离子渗氮对其性能的影响实验结果表明:通过离子渗氮处理得到的表面硬度均在HV以上渗氮层主要形成yFeN相及少量的~FezNFe~N相氮化物,氮化物的含量随渗氮温度的升高,渗氮时间的增加而增大经真空离子渗氮处理其耐腐蚀性得到大大提高关键词高碳低合金钢真空离子渗氮特性中图分类号TG文献标识码A文章编号()StudyonCharacteristicsofHighCarbonLowAlloySteelTreatedwithPlasmaNitridingWeiShiliang,ZengLinghong,ZengXianbiao,HeXiang,ChenShoubu(DepartmentofPhysicsandInformationScience,LiuzhouTeachersCollege,Liuzhou,ChinaPlasmaResearchInstitute,SouthCentralUniversityforNationalities,Wuhan,China)AbstractVacuumionnitridingwasprocessedbyaselfdesignedDCpulsepowerequipmentThestudyconcernsGCrofalowalloyhighcarbonsteelbyplasmanitridinginthetemperatdrerangeO,Cforatimeperiodof,hTheresultsshowthatthesurfacehardnessofthetreatedsamplesreachesHVThephasesformedafternitridingismostly),一FeNwithasmallvolumefractionofsFeNFeNNitridevolumefractionincreaseswithnitridingtimeandtemperatureCorrosionstudyrevealsthatplasmanitridingsignificantlyimprovesthecorrosionresistanceintermsofcorrosionpotential,corrosioncurrentdensityandresistancetOpolarizationKeywordshighcarbonlowalloysteelvacuumionnitridingcharacteristic真空离子渗氮是金属表面强化的一种化学热处理方法它是将金属零件置于活性N介质中,在一定的温度和保温时间下,使氮元素渗入金属表层,从而改变金属表层的化学成分,使之具有高的硬度,耐磨性,疲劳强度及耐腐蚀性,在工业上得到了广泛应用LGCrl钢是一种含碳量高,合金含量较少,具有良好性能,应用非常广泛的高碳铬轴承钢经过淬火加回火后具有较高而均匀的硬度,良好的耐磨性和较高的接触疲劳性能该材料由于冶金质量高,热处理时变形小,在冷作模具上也得到较广泛的应用嘲关于GCrl钢真空离子渗氮研究的较少,本文在自行研制的真空离子渗氮设备上进行试验,并对试样的特性进行了研究试验试验过程试验在自行研制的kW直流脉冲离子渗氮炉内进行直流脉冲电源的参数为:电压,V可调,占空比,可调,频率kHz测温系统收稿日期作者简介韦世良(一),男,讲师,硕士,研究方向:材料表面改性,Email:plasmaphysicscorn基金项目武汉市重点科技攻关计划项目()柳州师范高等专科学校重点资助项目(LSZA)中南民族大学(自然科学版)第卷由红外测温仪IT一测量试样的材料为GCrl,其各元素含量(质量百分比)分别为:CCrSiMn其余为Fe试样为圆柱体,尺寸(直径×高)为mm×mm材料经过'C淬火再通过C回火的调质处理,试验前依次对试样用水磨砂纸从号到号打磨,去油污,酒精清洗吹干,放到阴极盘的中央,抽真空到以下试验以NH为气氛,在试样温度升到,时采用高电压低气压,加强离子溅射,去除试样表面的钝化层,为N离子提供扩散通道保温时气压为~Pa,NH流量为Lmin,电压为oO,V,占空比根据温度调整,保温时间分为,和h,保温温度分为,和,保温结束后继续通NH抽真空保护,自然冷却到室温后开炉取出试样试样表征利用HX型显微硬度计测量试样的渗氮层的硬度梯度通过JSM一F型扫描电子显微镜(SEM)表征试样表面渗氮层的形貌采用BrukerD型X射线衍射仪(XRD)对渗氮层的相结构进行检测耐腐蚀试验是将试样置于wtNaC溶液中,利用电化学工作站PS评价耐腐蚀性能结果与讨论显微硬度和SEM检测如图所示为试样在下保温h的渗氮层硬度梯度曲线采用g载荷,载荷时间为S,测得表面硬度超过了HV从图可以看出经过真空离子渗氮处理的GCrl表面硬度提高了一倍多,渗氮层的硬度梯度平缓,渗层深度约为mm图为试样在下保温h渗氮层的表面形貌,从图中可见渗氮层的表面分布均匀,完好IODistant,Pfl'omsurfacep,n图渗氮层硬度梯度曲线图FigMicrohardnessprofileofnitridedlayer在离子渗氮过程中,在试样温度升到,时采用高电压(V),低气压(,Pa)加强离子溅射去除试样表面的钝化层通过加强离子溅射,可全方位,较均匀地摧毁试样表面的原生钝化膜和再生钝化膜,活化金属表层和亚表层,使试样表面晶格缺陷或位错密度增加,有利于N的吸附和扩散Lj图样品渗氮层的表面显微图FigMicrographofnitridedlayersurface渗氦层的XRD检测图为试样分别在,,温度下保温h,利用CoKa为入射光线(一nm)测得的XRD图由图可知,未经过渗氮处理的试样只有强的aFe峰渗氮处理的试样得到少量的y一FeN及强的Fe峰而经过和渗氮处理的试样得到了eFeNFeN,'FeN和基体中的aFe峰实验结果表明,在同一渗氮温度下,渗氮层中FeN的含量随着渗氮时间的增加而增大,而相应的aFe含量减少因为随着渗氮时间的增大,N离子扩散进入试样表面,与Fe结合而形成FeN增多,得到氮化物的峰也相应变强图不f司温度F离子渗氮h的XRD图FigXRDprofilesofplasmanitridedforhatdifferenttemperatures图为试样在不同渗氮温度处理后,氮化物含量和铁含量(体积百分比:vol)随渗氮时间变化的关系图,这是从XRD图中通过统计得出的结果由图可知,在一定的渗氮温度下,氮化物的含量(体积第期韦世良等:高碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究图不同渗氮温度下氮化物含量vol)和铁含量随渗氮时间变化的曲线FigVariationofamount(volumepercent)ofnitridesandaFewithnitridingtimefornitridingatdifferenttemperatures百分数vo)随渗氮时间的增加而增大,而且在同一渗氮时间下,氮化物的含量随渗氮温度的提高而增大相应的aFe随氮化物含量的增大而减少耐腐蚀性检测把经过离子渗氮处理和未处理的试样在wtNaC溶液中于室温(约)下利用PS电化学工作站测定其耐腐蚀性能其耐腐蚀性能结果如表所示从表可看出,提高渗氮温度和延长渗氮时间,腐蚀电位(E曲)和极化电阻()增大,而腐蚀电流密度()和腐蚀率(Corrosionrate)下降这说明通过真空离子渗氮处理,GCr钢的耐腐蚀性能得到了很大的提高相关研究表明瑁,通过真空离子渗氮处理,其耐腐蚀性能也得到了较大提高,延长其使用寿命表离子渗氮试样的耐腐蚀特性TabCorrosionpropertiesofplasmanitridedsamplesOOZZOO结论()对GCrl钢采用真空离子渗氮处理,渗氮层的显微硬度超过了HV硬度提高了倍多,渗氮层的表面形貌分布均匀硬度梯度平缓,()渗氮层主要形成~WeN相及少量的,一FeNFeN相氮化物,氮化物的含量随渗氮温度的升高,渗氮时间的增加而增大,而且相应渗氮层中aFe的含量减少()通过真空离子渗氮处理GCrl钢的耐腐蚀性能得到了很大提高,而且随渗氮温度的提高和渗氮时间的延长,其耐腐蚀性能提高更为明显参考文献夏立芳金属热处理工艺学M哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,:潘邻我国离子化学热处理技术的现状与展望口机械工人:热加工,,():GrafenW,EdemhoferBNewdevelopmentsinthertoochemicaldiffusionprocessesJSurfaceandCoatingsTechnology,,ZOO():,龙发进,周柿,康光宇,等离子渗氮新技术的研究现状EJ热加工工艺,,():杨凌平,李冰伦GCrl模具钢热处理工艺分析J模具制造,,():韦世良,何翔,孙奉娄,等离子溅射在奥氏体不锈钢离子渗氮中的应用J金属热处理,,():李琼玮,姜毅,杨全安长庆油田渗氮套管的耐腐蚀性能研究D材料保护,,():尹成先,赵国仙,白真权,等J渗氮套管应力腐蚀试验研究口腐蚀与防护,,():O一hhhhhhhhh嗣lIl,,,,,,,,,毒(弄OOOOOOO^tr幻妇力L

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